DE10346444A1

DE10346444A1 - Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittelführungen

Info

Publication number: DE10346444A1
Application number: DE2003146444
Authority: DE
Inventors: Kai Dipl.-Ing. Lehmann; Timo Dipl.-Ing. Schmidt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittelführungen (12 bis 19, 21, 22), mit welchen eine Stelleinheit (3) über ein Steuerventil (27) zur Winkelverstellung der Nockenwelle (2) steuerbar ist, wobei die Stelleinheit (3) einen mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenkörper (10) und einen zur Nockenwelle (2) drehbar gelagerten Außenkörper (6) aufweist, über den eine Antriebsverbindung von einer Kurbelwelle zur Nockenwelle (2) verläuft, welche in mindestens einem Nockenwellenlager (5) gelagert ist. DOLLAR A Um einen Nockenwellenversteller (1) zu schaffen, der leicht und kostengünstig herstellbar ist und eine einfache Versorgung des Nockenwellenverstellers mit Hydraulikmittel ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Innenkörper (10) und das Nockenwellenlager (5) als einstückiges Bauteil (11) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittelführungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Rohemissionen sowie zur Erhöhung von Leistung und Drehmoment sind Ottomotoren in der Regel mit Nockenwellenverstellern ausgestattet. Diese verändern die Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Derzeit kommen meist hydraulische Flügelzellenversteller mit Arbeitskammern zum Einsatz. Die Verstellung wird durch den gesteuerten Eintritt von Öl aus dem Motorkreislauf über ein Steuerventil in die Kammern der Flügelzellen vorgenommen. Das Steuerventil wird durch eine elektromagnetische Einrichtung bewegt.

Aus der DE 199 18 910 A1 ist ein gattungsbildender Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittelführungen bekannt. Mit den Hydraulikmittelführungen ist eine Stelleinheit über ein Steuerventil zur Winkelverstellung einer Nockenwelle steuerbar, wobei die Stelleinheit einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Innenkörper und einen zur Nockenwelle drehbar gelagerten Außenkörper aufweist, über den eine Antriebsverbindung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle verläuft. Die Nockenwelle ist in einem Nockenwellenlager gelagert. Die hydraulische Stelleinheit wird über das gegenüber der Nockenwelle feststehende Steuerventil gezielt mit Hydraulikmittel beaufschlagt. Das Steuerventil weist einen Steuerkolben auf, der in einer Aufnahme einer Zentralspannschraube in axialer Richtung zur Zentralspannschraube verschiebbar geführt ist. Über die Zentralspannschraube ist der Innenkörper axial gegen die Nockenwelle verspannt. Die Hydraulikmittelführungen sind in der Nockenwelle ausgebildet, wobei eine Hydraulikmittelführung um die Zentralspannschraube angeordnet ist. Demzufolge besteht ein relativ hoher Bearbeitungsaufwand für ölführende Kanäle in der Nockenwelle bzw. in der Nockenwelle benachbarten Bauteilen.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 195 02 496 A1 und die DE 196 15 076 C2 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, der leicht und kostengünstig herstellbar ist und eine einfache Versorgung des Nockenwellenverstellers mit Hydraulikmittel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers liegt darin, dass aufgrund der Zusammenfassung von Innenkörper und erstem Nockenwellenlager zu einem einstückigen Bauteil Schnittstellen zwischen diesen beiden Bauteilen entfallen. Schnittstellen kosten Bauraum und verursachen aufgrund erhöhten Bearbeitungsaufwandes auch höhere Kosten. Dadurch, dass sich die im Innenkörper und die im Nockenwellenlager vorgesehenen Hydraulikmittelführungen nunmehr im gleichen Bauteil befinden, ist der Bearbeitungsaufwand hierfür geringer.

Vorteilhafterweise übernimmt die erfindungsgemäße einstückige Einheit die Übergabe des Steueröls aus dem Steuerventil für den Nockenwellenversteller, die Hydraulikmittelversorgung der Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers, die Funktion der Lagerung der Nockenwelle sowie die Funktion des Innenkörpers ohne großen zusätzlichen Fertigungs- bzw. Bauraumaufwand.

Im übrigen nimmt die Betriebssicherheit bei der Nockenwellenverstellung zu, da mit Wegfall der Schraubverbindungen auch mögliche Versagensquellen entfallen. Ferner wird eine Kostenreduktion auch noch dadurch erreicht, dass die Schnittstellen zum Fügen einfacher werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert, und zwar zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller mit Hydraulikmittelführungen sowie einem mit der in einem Nockenwellenlager gelagerten Nockenwelle drehfest verbundenen Innenkörper und einem zur Nockenwelle drehbar gelagerten Außenkörper, wobei der Innenkörper und das Nockenwellenlager ein einstückiges Bauteil bilden, das Hydraulikmittelführungen zur Versorgung des Nockenwellenverstellers aufweist, und
2 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei das Bauteil zusätzlich eine Hydraulikmittelführung zur Versorgung eines Steuerventiles aufweist.
Der Einfachheit halber werden in den Figuren für übereinstimmende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Der Nockenwellenversteller gemäß den 1 und 2 ist insgesamt mit 1 bezeichnet und in Zuordnung zu einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 besitzt ein hydraulisches Steuerventil 27 mit dem eine Stelleinheit 3 zur Winkelverstellung der Nockenwelle 2 gezielt mit Hydraulikmittel beaufschlagbar ist. Das Steuerventil 27 ist außerhalb der Nockenwelle 2 angeordnet und steht gegenüber der rotierenden Nockenwelle 2 fest.
Die Nockenwelle 2 ist hohl ausgeführt und wird an ihrem den Nockenwellenversteller 1 tragenden Ende durch einen Deckel 4 verschlossen. Die Nockenwelle 2 ist über ein Nockenwellenlager 5 in einem nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert.
Die Stelleinheit 3 weist einen zur Nockenwelle 2 drehbar gelagerten Außenkörper 6 auf, an dessen einer dem Ende der Nockenwelle 2 zugewandten Seite ein scheibenförmiger Verschlussdeckel 7 und an dessen anderer Seite ein Antriebsrad 8 angeordnet ist, das an seinem Außenumfang Verzahnungen 9 aufweist, über die die Nockenwelle 2 von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle der angedeuteten Brennkraftmaschine angetrieben wird. Das Antriebsrad 8 weist einen Innendurchmesser auf, der so groß ist, dass es sich bei der Montage über die hier nicht dargestellten Nocken der Nockenwelle 2 führen lässt. Anstelle des hier angedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe.
Der Verschlussdeckel 7, der Außenkörper 6 und das Antriebsrad 8 sind fest miteinander verbunden und bilden eine auf der Nockenwelle 2 drehbar gelagerte Einheit. Der Verschlussdeckel 7, der Außenkörper 6 und das Antriebsrad 8 schließen einen Ringraum ein, in dem ein als Flügelrad ausgebildeter Innenkörper 10 angeordnet ist, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckende, nicht näher dargestellte Flügel besitzt. Der Innenkörper 10 ist drehfest auf der Nockenwelle 2 befestigt. Die Befestigung kann stoff-, kraft- und/oder formschlüssig wie beispielsweise durch thermisches Fügen, Fügen mit Übermaß, Kleben, Schweißen, Aufpressen, Aufpressen auf die gerändelte Nockenwelle oder mittels weiterer Fügeverfahren erfolgen. Der Innenkörper 10 weist sich in radialer Richtung nach außen erstreckende, nicht näher dargestellte Flügel auf, die mit den Flügeln des Außenkörpers 6 hier nicht sichtbare Arbeitskammern A und B ausbilden.
Um eine leichte und kostengünstige Herstellung des Nockenwellenverstellers 1 zu ermöglich, bilden der Innenkörper 10 und das Nockenwellenlager 5 erfindungsgemäß ein einstückiges Bauteil 11 aus, wobei in den Figuren der ungefähre Lagerbereich des Nockenwellenverstellers 1 mit 23 und der ungefähre Verstellerbereich des Nockenwellenverstellers 1 mit 24 bezeichnet ist. Im übrigen ist durch die einstückige Ausbildung von Innenkörper 10 und Nockenwellenlager 5 das Antriebsrad 8 nicht direkt auf der Nockenwelle 2 sondern am äußeren Umfang des Bauteiles 11 angeordnet.
Um das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 2 übertragen zu können, ist der Innenkörper 10 des Nockenwellenverstellers 1 drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden. Das Antriebsmoment wird über das Antriebsrad 8 und den Außenkörper 6 in den Nockenwellenversteller 1 eingebracht und über die Arbeitskammern A und B auf den Innenkörper 10 übertragen. Durch eine Variation der Hydraulikmittelfüllung der Arbeitskammern A und B ist die Phasenlage zwischen Außenkörper 6 des Nockenwellenverstellers 1 und Nockenwelle 2 einstellbar. Das Steuerventil 27 steuert die Hydraulikmittelzufuhr zum Nockenwellenversteller 1 und damit die Phasenlage bzw. deren Änderung.
Gemäß 1 wird das Steuerventil 27 aus einer Druckmittelleitung 28 der Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittel versorgt, wohingegen gemäß 2 durch eine Verlängerung des Bauteiles 11 die Hydraulikmittelversorgung des Steuerventiles 27 ausgehend von einer Hydraulikmittelführung 12 in der hohlen Nockenwelle 2 über eine Radialbohrung 25 in der Nockenwelle 2 und eine radiale Bohrung 26 im Bauteil 11 erfolgt, wobei die Hydraulikmittelführung 12 der Nockenwelle 2 das Hydraulikmittel über eine Druckmittelführung 29 der Brennkraftmaschine erhält.
Gemäß 1 und 2 gelangt das Hydraulikmittel zur Beaufschlagung der Arbeitskammer A des Nockenwellenverstellers 1 über eine Radialbohrung 13 in eine im Bauteil 11 verlaufende Nut 14, die von der Nockenwelle 2 abgedeckt wird. Von der Nut 14 wird das Hydraulikmedium in einen ringförmigen Druckraum 15 geführt. Ausgehend von diesem Druckraum 15 gelangt das Hydraulikmittel über eine Bohrung 16 zwischen Bauteil 11 und Deckel 7 in einen im Innenkörper 10 angeordneten Ringraum 17. Vom Ringraum 17 aus wird das Hydraulikmittel in bekannter Weise über Bohrungen und Nuten im Innenkörper 10 in die Arbeitskammer A geleitet.
Gemäß den 1 und 2 gelangt das Hydraulikmittel zur Beaufschlagung der Arbeitskammer B über eine im Bauteil 11 eingebrachte radiale Bohrung 18 in eine im Bauteil 11 angeordnete Axialbohrung 19, die an dem der radialen Bohrung 18 entgegengesetzten Ende durch einen Abschlussdeckel 20 verschlossen ist. Ausgehend von dieser Axialbohrung 19 gelangt das Hydraulikmittel über eine weitere Radialbohrung 21 im Bauteil 11 in einen im Bauteil 11 angeordneten Ringraum 22, von wo das Hydraulikmittel in bekannter Weise über Bohrungen und Nuten in die Arbeitskammer B geleitet wird.
In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausgestaltung der Erfindung kann die Nockenwelle 2 auf der dem Antriebsrad 8 entgegengesetzten Seite aus dem Nockenwellenversteller 1 herausragen um in einer zusätzlichen Lagerstelle zu liegen oder ein hier nicht dargestelltes Impulsrad aufzunehmen, welches die Winkellage der Nockenwelle 2 abbildet.
Üblicherweise weist der Nockenwellenversteller 1 einen hier nicht sichtbaren, hydraulisch beaufschlagbaren Verriegelungsmechanismus aus Bolzen und Druckfeder auf, der durch axiale oder radiale Bewegung des Bolzens eine feste Verbindung zwischen Innenkörper 10 und Verschlussdeckel 7 oder Außenkörper 6 herstellt. Diese Verbindung wird durch die gezielte Beaufschlagung des Nockenwellenverstellers 1 mit Hydraulikmittel gelöst und eine Verstellung freigegeben, wobei die Hydraulikmittelbeaufschlagung dieser Verriegelungsvorrichtung ebenfalls über das erfindungsgemäße Bauteil 11 erfolgen kann.

Claims

Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittelführungen (12 bis 19, 21, 22) mit welchen eine Stelleinheit (3) über ein Steuerventil (27) zur Winkelverstellung der Nockenwelle (2) steuerbar ist, wobei die Stelleinheit (3) einen mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenkörper (10) und einen zur Nockenwelle (2) drehbar gelagerten Außenkörper (6) aufweist, über den eine Antriebsverbindung von einer Kurbelwelle zur Nockenwelle (2) verläuft, welche in mindestens einem Nockenwellenlager (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (10) und das Nockenwellenlager (5) als einstückiges Bauteil (11) ausgebildet sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hydraulikmittelführung (13 bis 19, 21, 22) in das Bauteil (11) integriert ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) mittels Fügen dauerhaft mit der Nockenwelle (2) verbunden ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügeverfahren thermisches Fügen, Pressen, Kleben, Schweißen oder Innenhochdruckumformen mit oder ohne einer formschlüssigen Kontur vorgesehen ist.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) zur Versorgung des Nockenwellenverstellers (1) mit Hydraulikmittel dient.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) zur Versorgung des Steuerventils (27) mit Hydraulikmittel dient.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) zur Versorgung einer Verriegelungsvorrichtung mit Hydraulikmittel dient.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) zur Hydraulikmittelversorgung Nuten (14), Bohrungen (15, 16, 18, 19, 21, 22) und/oder Überschneidungen (13) von Nuten (14) und/oder Bohrungen (15, 16, 18, 19, 21, 22) aufweist.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsrad vorgesehen ist, welches an der Nockenwelle (2) befestigt ist.